分頁燒寫Flash的多頁程序并行自舉方法

摘  要：以TMS320VC5410為例，介紹對Am29LV200B Flash存儲器進(jìn)行程序分頁燒寫以及上電后多頁用戶程序并行自舉的方法。對多頁Flash存儲器的燒寫，須在燒寫過程中對已燒寫的數(shù)據(jù)長度進(jìn)行動態(tài)判斷，當(dāng)達(dá)到預(yù)定燒寫長度后對Flash進(jìn)行換頁，然后繼續(xù)燒寫，重復(fù)上述換頁過程，直到程序燒寫完為止。對多頁程序的并行自舉，在系統(tǒng)上電后，利用TI提供的自舉程序，將一個用戶自己編寫的前導(dǎo)程序載入DSP，利用該前導(dǎo)程序?qū)⒍囗摮绦蜉d入DSP來實現(xiàn)程序的自舉。此方法適用于多種FIash芯片和C5000系列DSP。
關(guān)鍵詞：TMS320VC5410 Am29LV200B DSP 多頁并行自舉

    TI公司的DSP芯片TMS320Vc5410(簡稱5410)是性能卓越的低功耗定點DSP，在嵌入式系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。5410沒有自帶的片上非易失性存儲器，因此需要外部的非易失性存儲介質(zhì)，如EPROM或Flash，來存儲程序和數(shù)據(jù)。5410片內(nèi)有64 K字RAM，由于在片內(nèi)RAM運行程序比片外運行有高速度低功耗等顯著優(yōu)點，通常上電后都需要從片外EPROM或Flash上加載程序到片內(nèi)RAM，但是芯片自帶的自舉程序(簡稱Bootloader)只支持32 K字以內(nèi)的外部程序加載，因此程序設(shè)計往往局限于32 K字空間內(nèi)，限制了編程的靈活性，不能充分發(fā)揮5410的性能。當(dāng)程序空問大于32 K字時，就需要自己編寫程序來實現(xiàn)自舉。下面首先介紹使用5410對Am29LV200BFlash存儲器進(jìn)行程序分頁燒寫的方法，然后重點介紹利用Bootloader來編程實現(xiàn)多頁并行自舉引導(dǎo)的方法。

1 Am29LV200B Flash 存儲器的分頁燒寫
1.1 FIash 存儲器簡介
    Am29LV200B(簡稱Flash)是AMD公司生產(chǎn)的Flash存儲器，主要特點有：3 V單電源供電，可內(nèi)部產(chǎn)生高電壓進(jìn)行編程和擦除操作；支持JEDEC單電源Flash存儲器標(biāo)準(zhǔn)；只需向其命令寄存器寫人標(biāo)準(zhǔn)的微處理器指令，具體編程、擦除操作由內(nèi)部嵌入的算法實現(xiàn)，并且可以通過查詢特定的引腳或數(shù)據(jù)線監(jiān)控操作是否完成；可以對任一扇區(qū)進(jìn)行讀、寫或擦除操作，而不影響其他部分的數(shù)據(jù)。文中128K×16位Am29LV200B Flash映射為5410的片外數(shù)據(jù)存儲空間，地址為：0x8000～0xFFFF，數(shù)據(jù)總線16位，用于16位方式的并行引導(dǎo)裝載。128K的Flash被分為7頁進(jìn)行訪問。本文通過DSP的I／O端口向FPGA寫控制字，由FPGA控制Flash的換頁引腳對各個分頁進(jìn)行訪問；以燒寫2個頁面為例，使用Flash的第1、2頁，初始化時選中第l頁。

1.2 Flash 存儲器的分頁燒寫
    Flash的頁面分配和相應(yīng)的引腳控制如表1所列。關(guān)于Am29LV200B的擦除、寫、校驗等詳細(xì)操作，請見參考文獻(xiàn)[1]、[2]。

    從表1可以看到，通過對A16、A15等地址引腳的控制，可以實現(xiàn)Flash的頁面切換。在燒寫過程中，只要在指定頁面燒寫完預(yù)定空間后就對Flash進(jìn)行換頁，然后將燒寫指針指向新的一頁的首地址，就可以繼續(xù)進(jìn)行燒寫，當(dāng)程序燒寫完成后需要將頁面換回到第1頁，在第1頁的FFFFH地址寫入8000H，這樣Bootloader可以從這一頁開始自舉。整個燒寫程序流程如圖1所示。

    這里會出現(xiàn)一個問題：程序燒寫好后，雖然Bootloader可以自動加載程序，但是Bootloader怎樣在加載過程中自動換頁?下面詳細(xì)介紹利用片上Bootloader編程實現(xiàn)多頁程序并行加載的方法。

2 多頁并行加載的實現(xiàn)
    實現(xiàn)多頁加載，關(guān)鍵問題是要讓Bootloader知道什么時候可以換頁；但是Bootloader是固化在5410片上ROM內(nèi)的，無法對其進(jìn)行編程。解決的方法是通過自己編寫一段“前導(dǎo)”加載程序(簡稱Loader)來實現(xiàn)加載中的換頁：首先將Loader和用戶程序都燒寫到Flash中，當(dāng)系統(tǒng)上電后，Bootloader將Loader加載到片上并運行，然后Loader將Flash中的用戶程序加載到目標(biāo)RAM空間。這個加載過程是用戶編程可控的，因此在需要換頁時，可以控制Flash進(jìn)行換頁，加載完成后，Loader跳轉(zhuǎn)到用戶程序的人口地址處運行用戶程序。

2.1 Bootloader的并行自舉表結(jié)構(gòu)和編程后的自舉表結(jié)構(gòu)
    5410的并行加載過程以及生成并行自舉表的詳細(xì)方法請見參考文獻(xiàn)[1]、[3]。Bootloader使用圖2所示的并行自舉表來加載程序。Bootloader從表頭開始依次讀取自舉表，然后將相應(yīng)的程序段加載到目標(biāo)RAM，最后以程序段大小為0來結(jié)束自舉表的讀取，跳轉(zhuǎn)到用戶程序入口地址執(zhí)行用戶程序。從圖2可以看到，Bootloader是以自舉表中的程序長度為0來結(jié)束自舉的，于是就可以利用這個特性，給Bootloader制造一個“假象”，讓Bootloader在加載完Loader程序后，認(rèn)為程序已經(jīng)加載完畢，然后開始運行Loader程序，繼續(xù)加載用戶程序。按照這個思路，可以建立圖3所示的自舉表。

    圖3中的黑體字部分，是嵌入了Loader程序的自舉表，有了圖3這樣形式的并行自舉表，系統(tǒng)就可以實現(xiàn)多頁程序的并行自舉。建立這樣的自舉表很簡單，只需要將hex500格式轉(zhuǎn)換工具生成的Loader的并行自舉表和用戶程序的并行自舉表按圖3給定的格式，通過簡單的文件操作合并在一起就可以了。注意：Loader程序要占用一部分RAM空間，用戶程序空間不能和Loader的RAM空間重疊在一起。

2.2 Loader程序的具體實現(xiàn)
    下面以分布在2個Flash頁面的程序為例，給出5410并行自舉的示例程序。程序中，當(dāng)I／O端口5寫人數(shù)據(jù)O時，選中Flash第1頁；寫1時選中第2頁。程序里用黑體字標(biāo)出的注釋部分，是Loader程序設(shè)計的重點或難點。(具體程序見本刊網(wǎng)站www．mesnet．com．cn——編者注)

    示例程序中,DSP上電后，Bootloader將Loader程序加載到RAM中，然后執(zhí)行Loader程序：Loadelr程序從Flash第1頁的8080H開始讀取用戶程序自舉表，當(dāng)Flash讀取計數(shù)值超過31 K時，將Flash切換到頁面2，繼續(xù)加載，自舉完成后，跳轉(zhuǎn)到用戶程序入口地址執(zhí)行用戶程序。在編寫自舉程序過程中，有這樣幾個問題需要注意：

    ①在換頁時，一般情況下程序段都會跨越兩個頁面，因此在確定需要換頁時要計算出第1頁和第2頁分別要加載的段長度。
    ②整個用戶程序段開始時有2個字的入口信息，每一個程序段都有3個字的段信息，因此需要在Flash讀取計數(shù)時給予修正，才能正確加載數(shù)據(jù)。
    ③在確定需要換頁時要將換頁標(biāo)志置為1，換頁后要將換頁標(biāo)志置為0，而且換頁后要將數(shù)據(jù)讀取指針指向第2頁的開頭地址。

    如果要使用本文的示例程序，一定要將Loader程序燒寫到Flash第1頁8000H的位置，用戶程序段燒寫到8080H以后的位置。再次提醒，Loader程序加載到RAM中的地址，不能和用戶程序段加載到RAM中的地址重疊。例如Loader使用了RAM中的7F80H～8000H這段空間，則用戶程序不能使用這段空間，否則會出現(xiàn)錯誤。Loader的自舉流程如圖4所示。

3  總 結(jié)
    要實現(xiàn)5410的多頁程序并行自舉，有如下幾個步驟：
    ①根據(jù)用戶程序的需求以及實際使用Flash的分頁設(shè)置，參考第2部分提供的思路和例子編寫Loader程序；
    ②使用hex500代碼轉(zhuǎn)化工具分別生成Loader程序和用戶程序的自舉表；
    ③將兩個自舉表按圖2的格式生成一個新的自舉表，再使用第1部分介紹的方法將新的自舉表分頁燒寫到Flash上。

    使用本文介紹的方法，通過多次試驗，系統(tǒng)上電后，能夠很好地實現(xiàn)2個頁面程序的并行自舉。雖然是以2個頁面為例介紹Flash燒寫和并行自舉的方法，但是對于2頁以上的程序燒寫和并行自舉同樣適用，只需要進(jìn)行一些細(xì)微的改動即可。本文提供的方法以不到128字的RAM空間代價，在5410上實現(xiàn)了將大于32 K字的程序并行自舉到片上RAM，大大提高了編程的自由度和程序的運行速度，降低了系統(tǒng)功耗。這個方法有很強(qiáng)的通用性，可以在很多存在類似問題的DSP芯片(5409、5416等)上進(jìn)行應(yīng)用，具有較高的實用價值。